基于物联网的无线车辆管理系统设计与实现_图文

1、国防科学技术大学硕士学位论文基于物联网的无线车辆管理系统设计与实现姓名：李晗申请学位级别：硕士专业：计算机技术指导教师：胡华平2011-03摘 要车辆管理系统是后勤保障系统的重要组成部分，建设现代化的车辆管理系统，是实现后勤保障系统现代化的重要保障和关键支撑。近年来，信息化技术和设备一直在高速发展，而这为现代化的车辆管理系统提供了物质基础和实现途径。本文综合运用物联网的思想、概念和方法，采用各种无线技术、网络和设备，构建了一个信息化、自动化、网络化、无线化、一体化的车辆管理系统。本文围绕着基于物联网的无线车辆管理系统开展设计与实现工作，主要研究内容和成果包括以下几方面：根据车辆管理系统目标和任

2、务，抽象出系统的静态用例图和动态业务流程，用于描述系统所需要实现的系统接口和业务流程；基于物联网多域融合共享和泛在智慧服务技术思想，建立了无线车辆管理平台的理论模型；参照物联网层次体系结构，设计了无线车辆管理系统的功能、架构和接口，并采用多种无线技术，实现了基于物联网的无线车辆管理系统。本文的部分研究成果已经在某单位车辆管理系统中得到应用，较好地提高了车辆管理的效率，降低了运营成本。关键字：车辆管理；无线技术；物联网；感知；互联ABSTRACTVehicle Management System (VMS is not only a fundamental system but also a k

3、ey phase of the supplement chain in any organizations. But the degree of systematization, automation, normalization in nowadays VMSs still cant meet the needs. We propose that a future vehicle management system should be architecturally interconnecting, technically wireless, operationally automatic

4、and functionally intelligent. This paper faces such requirements, introduces concepts and methods from IOT (Internet of Things, adopts various wireless communication and networking technologies, so to design an effective, automatic, flexible and friendly wireless VMS. Main contents of the dissertati

5、on are listed as follows.Based on the objectives and tasks of the vehicle management, this dissertation usescase diagrams and activity diagrams to describe the system interfaces and transaction processes.Based on the concepts of multi-domain integration and ubiquitous intelligence, thetheoretical mo

6、del for the wireless VMS is established.Based on the architecture of Internet of Things, the functions, architecture andinterfaces of the wireless VMS are designed. Using a variety of wireless technologies, the wireless VMS based on Internet of Things is implemented.System designed and implemented b

7、y the dissertation has been applied in reality and improves the efficiency meanwhile reducing oprating costs.Key word: Vehicle Management, Wireless, Internet of Things, Sensing, Networking表 目 录表1-1 现有车辆管理系统比较. 1表5-1 RFID 参数. 50表5-2 读写器参数. 50表5-3 GSM/GPRS模块参数. 55图 目 录图1-1 车辆管理系统发展方向. 3图2-1 射频识别原理. 5图

8、2-2 RFID 基本原理. 6图2-3 RFID 工作流程. 7图2-4 GSM 体系结构. 8图2-5 GPS 空间部分. 14图2-6 GPS 卫星接收机. 15图2-7 GPS 定位原理. 16图3-1 系统用例图. 26图3-2 控制中心控制的任务实现流程. 27图3-3 管理人员控制的任务实现流程. 28图3-4 协同任务实现流程. 28图3-5 用车人员发起的任务撤销流程. 29图3-6 管理人员发起的任务撤销流程. 29图4-1 基于物联网的无线车辆管理理论模型. 33图4-2 基于物联网的无线车辆管理应用模式. 34图4-3 基于物联网的无线车辆管理系统体系结构. 35图4-

9、4 基于物联网的无线车辆管理系统功能设计. 35图4-5 系统网络连接. 37图4-6 系统接口设计. 38图4-7 门禁子系统架构设计. 39图4-8 门禁子系统工作流程. 40图4-9 定位子系统架构设计. 41图4-10 定位子系统工作模式. 42图4-11 调度子系统平台. 43图4-12 车辆在位状态图. 44图4-13 司机在位状态图. 44图4-14 消息格式. 45图4-15 数据库实体模型. 45图4-16 数据库数据模型. 46图4-17 任务清单报表表项. 46图4-18 用车费用规定样例. 47国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 图 4-19 图 4-20 图 5

10、-1 图 5-2 图 5-3 图 5-4 图 5-5 图 5-6 图 5-7 图 5-8 图 5-9 图 5-10 图 5-11 图 5-12 图 5-13 图 5-14 出车补贴计算方法 . 47 网络子系统架构设计 . 48 RFID Reader 处理单元 . 50 RFID 读写器 . 51 RFID Reader 处理单元 . 51 车载终端体系结构 . 52 车载终端工作流程 . 53 主动式位置服务 . 53 被动式位置服务 . 54 协作式位置服务 . 54 GSM 模块. 55 固定调度平台工作流程 . 56 固定调度平台界面 . 57 费用结算 . 58 补贴结算 . 58

11、 网络体系结构 . 59 第 VI 页 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：基于物联网的无线车辆管理系统设计与实现 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并

12、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密学位论文在在解密后使用本授权书） 学位论文题目：基于物联网的无线车辆管理系统设计与实现 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期： 日期： 年 年 月 月 日 日 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 第一章 引言 1.1 论文背景 车辆管理系统是负责车辆监控、维护、调度的软硬件系统的集成，它担负着 人员流通、物资运输等重要作用，是后勤保障的关键环节和基础系统。随着管理 高效化、精细化以及信息化要求

13、的日益提升，车辆管理系统面临着现代化、正规 化的迫切需求，而日新月异的信息技术，为此提供了实现基础和物质保障。 1.2 车辆管理系统 1.2.1 现状和问题 根据系统构件信息化程度、系统架构网络化程度、系统业务自动化程度以及 采用的技术类型，目前车辆管理系统主要可以分为以下几类。 I. 系统构件原始，即系统构成中除用车人员、管理人员、司机、车辆外，只 采用简单的通信设备；系统网络化程度低，只有通信设备接入移动通信网 络使用其语音通话功能；系统业务从用车申请的处理、车辆人员在位情况 的维护和更新、任务的记录到用车费用和出车补贴的计算、报表的生成全 部采用人工处理。 II. 系统构件信息化，采取计

14、算机记录任务和报表；系统网络化程度低，计算 机之间不通过网络相互连接；系统业务人工处理。 III. 系统中计算机连入有线网络，用车申请网络化，用车申请处理、任务记录 自动化1-4。 IV. 系统中集成了部分无线技术，比如采取 GPS 无线定位技术监控车辆位置、 RFID 无线射频技术管理车辆门禁5-12。 这四类系统的相互比较如表 1-1 所示。 系统 I II III IV 表 1-1 现有车辆管理系统比较 信息化 网络化 自动化 无 无 无 有 无 无 有 有 有 有 有 有 第1页 无线化 无 无 无 有 以上四类系统都有着各自的应用背景，其优缺点为： I. 此类系统建设成本低、架构简单

15、；但是由于实行全人工管理，系统管理成 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 本高、效率低下、可靠性不高。 II. 此类系统中报表实行数字化记录，便于查询统计，利于规范管理；但是由 于网络化程度低，信息交互不方便。 III. 此类系统用车申请网络化，便于信息交互和统一管理，使得用车调度逻辑 可以实现自动处理；但是车辆、人员在位情况维护更新困难、有线网络网 络架设成本高、网络访问不够方便。 IV. 此类系统部分采用无线技术，车辆在位信息掌握更及时，用户接入网络更 方便，网络扩展更灵活；但是各种无线技术没有得到很好的集成，人员在 位没有切实管理。 由以上分析可知，从 I 类系统到 IV 类系统，

16、是随着信息化技术的发展，车辆 管理系统的现代化程度越来越高的进步历程。然而从精细化管理的需求出发，现 有的车辆管理系统依然存在以下更多的不足： 系统化程度不高：在 IV 类系统的基础上，各种无线技术没有得到很好的 集成，在位查询、车辆调度、报表生成等各功能单元结合度不高，效率受 限； 自动化程度不高：信息共享、网络融合需要人为干预过多，业务逻辑自动 化受限； 正规化程度不高：业务流程不规范，消息格式、交互协议随意化，监察不 得力，可靠性受限。 1.2.2 目标和方向 一个好的车辆管理系统应该具备以下一些特征。 高效。为了保证任务及时完成，车辆管理系统需要能够高效地维护车辆和 人员的在位信息、高

17、效地进行车辆调度、高效地进行数据维护和处理报表 生成； 自动。车辆管理系统中的派车任务处理、费用补贴报表处理纷繁复杂，若 全部由人工处理不但效率低下而且可靠性不高， 因此自动化处理是好的车 辆管理系统的必然特征； 灵活。车辆管理不仅任务繁重，而且面临着各种突发、异常情况，在自动 化处理的要求之上，车辆管理系统也应该需要能灵活应对多种突发情况， 必要时留出人工干预的接口； 友好。车辆管理系统是提供给用户使用的，无论用车人员还是管理人员， 都希望系统有友好的界面，有简易的信息交互协议。 以上的特征也是本文认为车辆管理系统所应该达到的目标，而在信息化技术 第2页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位

18、论文 高速发展的今天，为了达到上述目标，车辆管理系统应该在信息技术的支撑下朝 架构网络化、技术无线化、业务自动化、处理智能化的方向发展，具体如图 1-1 所示。 架构网络化：网络化的架构设计能带来信息融合以促进处理流程融合，使 得系统一体化程度提高，信息交互得到便利，效率得到改善； 技术无线化：无线化的技术应用能使网络架设更加简单、网络扩展更加灵 活，在位掌控更加及时、网络接入更加便捷； 业务自动化：自动化的业务流程能充分利用信息设备的运算存储能力，将 管理人员解放出来，大大提高工作效率和可靠性； 处理智能化：智能化的处理逻辑能应付多种突发、异常情况，能根据上下 文环境实现报表生成，提高系统的

19、鲁棒性。 图 1-1 车辆管理系统发展方向 1.3 主要研究内容和成果 信息化技术和设备的发展为现代化的车辆管理系统提供了物质基础和实现途 径。本文采用集成创新的方法，综合运用各种无线技术、网络和设备，构建了一 个信息化、自动化、网络化、无线化、一体化的车辆管理系统，并在核心期刊上 发表论文一篇。主要研究内容和成果包括： 根 据车辆管理系统目标和任务， 抽象 了系统的 静态 用例图和动 态业 务流 程，用于描述系统所需要实现的系统接口和业务流程； 基于物联网多域融合共享和泛在智慧服务技术思想，建立了无线车辆管理 第3页 平台的理论模型；参照物联网层次体系结构，设计了无线车辆管理系统的功能、架构

20、和接口，并采用多种无线技术，实现了基于物联网的无线车辆管理系统。本文的部分研究成果已经在某单位车辆管理系统中得到应用，较好地提高了车辆管理的效率，降低了运营成本。1.4 论文结构本文主要论述基于无线技术的车辆管理系统设计与实现。全文共分六章，内容分别描述如下。第一章， 引言。介绍了本文的研究背景，即车辆管理系统的现状和发展方向。第二章， 相关技术。介绍了本文所设计和实现所需要运用的技术和相关工作。第三章， 需求分析。明确了车辆管理系统的目标，明晰了系统的参与角色，并在此基础上描述了系统的静态用例和动态业务流程。第四章， 系统设计。在提出系统总体设计的目标和原则的基础上，设计了系统总体功能和架构

21、，并对各分系统进行了详细设计。第五章， 系统实现。给出了各分系统的详细实现。第六章， 结束语。对本文工作做出小结，并给出下一步工作展望。第二章 相关技术随着射频技术的发明，人类获得了利用无线电波进行通信的能力。而无线通信技术和无线通信设备的长足发展，以及它作为战术网络通信手段、战场情报传递方式在军事中的应用，和作为移动通信手短、标志识别方法在社会生活中的应用，都给军事、政治、经济、交通等广泛领域带来了深刻的变革。本文专注于采用多种无线技术，综合利用各种技术和设备的优点，构建一个现代化的车辆管理系统。因此本章先对各种基础技术做出相关简介。2.1 RFID2.1.1 简介RFID 13是射频识别技

22、术的英文缩写。射频识别技术是从20世纪80年代起走向成熟的一项自动识别技术。它成功地将射频识别和IC 卡技术结合起来，利用射频方式进行非接触双向通信实现对各类物体、设备或人员在不同状态（移动或静止）下的识别和数据交换，其交互方式如图2-1所示。 图2-1 射频识别原理RFID 的基本技术原理起源于二战时期15，如图2-2所示。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag ，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

23、最初盟军利用无线电数据技术来识别敌我双方的飞机和军舰。战后，由于较高的成本，该技术一直主要应用于军事领域，并未很快在民用领域得到推广应用。直到上世纪八九十年代，随着芯片和电子技术的提高和普及，欧洲开始率先将RFID 技术应用到公路收费等民用领域。到二十一世纪初，RFID 迎来了一个崭新的发展时期，其在民用领域的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，RFID 技术大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。 RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别

24、工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。根据自动识别技术的特点，我们可以给出自动识别技术的基本概念。自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的互动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续操作的一种技术。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID 是一种简单的无线系统，一套完整的RFID 系统，是由阅读器（Reader ）与电子标签（Tag ）也就是所谓的应答器（Transponder ）及应用软件系统（App ）三个部份所组成16，其工作流程如图2-2所示，Reader 发射一特定频率的无线电波能量给

25、Transponder ，用以驱动Transponder 电路将内部的数据物联网中的RFID 技术送出，此时 Reader 便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成，感应偶合（Inductive Coupling）及后向散射偶合（Backscatter Coupling）两种，一般低频的RFID 大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID 系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。应答器为集成电路芯片，它的工作需

26、要由阅读器提供能量，阅读器产生的射频载波用于为应答器提图2-2 RFID 基本原理供能量。阅读器和应答器之间的信息交互通常是采用询问一应答的方式进行的，因此必须有严格的时序关系，时序由阅读器提供。应答器和阅读器之间可以实现双向数据交换，应答器存储的数据信息采用对载波的负载调制方式向阅读器传送，阅读器给应答器的命令和数据通常采用载波间隙、脉冲位置调制、编码调制等方法实现传送。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过Ethernet 或WLAN 等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RF

27、ID 系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。 信号的穿透能力强（可穿透墙壁、路面、衣物、人等），数据传输量小，抗干扰能力强，感应灵敏，易于维护和操作。因此，在本文所设计和实现的无线车辆管理系统中，采用了RFID 作为车辆和司机的标识方式，以此提高管理的数字化水平和效率。2.2 GSM/GPRS/SMS2.2.1 GSMGSM 17-20是Global System for Mobile Communication 的缩写，意思是全球移动通信系统。GSM 系统是根据欧洲通信标准化委员会(ETSI制定的GSM 技术规范研制而成的第二代蜂窝移动通信系统。

28、GSM 系统是一个全数字的蜂窝通信系统；它由几个分系统组成，可以与各种公用通信网如PSTN ，ISDN ，PDN 互连互通，各分系统之间或各分系统与各种公用通信网之间定义了明确的标准化接口规范。被国际电联同时认可的第二代移动通信系统标准还有美国的ADC 和日本的PDC 。GSM 系统的总体结构20如图2-4所示。规范的GSM 系统分为两大部分：基站子系统(BSS和网络与交换子系统(NSS；除此之外还必须有大量的移动台(MS作为接入移动通信网的用户设备；基站子系统、网络与交换子系统和移动台组成了GSM 系统的实体部分，操作支持子系统(OSS是提供给运营商的一种用来控制和维护这些实体部分的一个手段

29、。 图2-4 GSM 体系结构移动台是整个系统中直接由用户使用的设备，可以分为车载式、便携式和手持式三种。移动台由两个部分组成，即移动终端与用户识别卡，也就是SIM 卡。移动终端完成话音编码、信息加密、信道编码、信息调制解调与信息的发送与接收。SIM 卡就像我们现在用的IC 卡一样，其作用类似于“身份证”，存有与认证用户身份相关的信息，而且执行与信息安全相关的重要操作，以防止非法用用进入其网络。SIM 卡还存储了和网络与用户相关的管理数据。只有当插入SIM 卡后，移动终端才能接入网络正常通信。基站子系统包含了GSM 数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，通过无线接口和移动台直接实现通信

30、连接，同时又为移动台与交换子系统提供传输通路，所以它在整个移动网络中主要起到中继器的作用。BSS 由两个基本组成部分：通过无线接口与移动台一侧相连的基站收发台(BTS和与交换机一侧相连的基站控制器(BSC。通常把基站收发台看作传输设备，负责无线传输；把基站控制器看作管理设备，负责控制和管理。基站收发台可以看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收和发送处理。在一般情况下，某个特定区域内，可以把收发台和多个子基站相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台和收发台间的信号相互传送与接收，完成移动通信的传送。基站作为GSM 系统中最基本的网络覆盖单元，主要由控制部分和射频部分组成。控制部分负责将基站各

31、部分连为一个整体，从而控制整个基站的工作，同时将从BSC 来的信号转变成适合基站处理的格式并完成相反转换。射频部分主要负责无线信号的发射与接收、解码与编码。基站控制器通过基站收发器和移动台的远端命令管理所有无线接口，主要负责无线信道的分配、释放和越区信道切换的管理等，起着交换设备的作用。BSC 由BTS 的控制部分、交换部分及公共处理部分等组成。一般来说，一般BSC 可以控制几个到几十个BTS 。网络与交换子系统具有交换功能和数据库功能，数据库中存有用户数据和安全性管理、移动性管理所需的数据库功能。它由一系列功能实体组成，各功能实体之间以及NSS 和BSS 间通过7号信令互相通信。它的主要作用

32、是管理GSM 用户与其他网络用户间的通信。NSS 包括以下各部分实体：移动业务交换中心(MSC：它是GSM 网络的核心，主要功能是完成基本的交换功能，实现移动用户与其它网络用户间的通信连接。同时还提供了GSM 网和公共交换电话网PSTN 等其它公用通信网间的接口，具有无线资源管理和移动性管理等功能；归属位置寄存器(HLR：它是用于移动用户管理的数据库。从理论上讲，每个移动网有一个HLR 。HLR 存储的信息分两种，一种是永久性信息，如用户类别，电信业务，承载业务等等；另外一种是关于用户当前位置的临时性信息，如移动用户漫游号(MSRN等；访问位置寄存器(VLR：它包含了所有当前在服务MSCde

33、移动用户的有关数据，通常每一个移动交换区有一个VLR 。VLR 是一个动态数据库，需要保证数据的有效性，因此总是需要与相关的HLR 进行大量的数据交换，而且设备供应商也总将VLR 与MSC 整合在一起提供；鉴权中心(AUC：它是认证移动用户身份和产生相应认证参数的功能实体。它为每一个在相关HLR 登记的移动用户设置一个识别字，该识别字用于产生鉴别移动用户身份的数据及对移动台和网络之间无线信道加密的另一个密匙。在物理上，AUC 和HLR 共存；设备识别寄存器(EIR：它是存储有关移动台设备参数的数据库，可以对移动台的IMEI 进行核查，以防止非法移动台使用。GSM 系统是一种典型的开放式结构，它

34、有着以下应用优势：GSM 系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM 系统设备可以互连。同时，GSM 系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM 系统可以与各种公用通信网实现互连互通；GSM 系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务以及与ISDN 相关的各种业务；GSM 系统采用FDMA/TDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求；GSM 系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求； GSM 系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较

35、高。2.2.2 GPRSGPRS 21-25（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，是在GSM 基础之上提供分组交换和分组传输方式的新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA 帧结构。GPRS 的基本原理是：当有数据传送需要时，将利用分组在网络中传送数据，而不是利用当前承载服务所采用的固定电路连接。这促进了多用户间对网络资源的共享，并允许运营商最优地使用现有设备，同时利用己安装的设备创造新的收入来源。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的

36、话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统（BSS ）从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。使用GPRS 时，数据封装进每个分组并在网上发送。网络容量仅在需要时分配，提供了即时连接和高通过率。GPRS 提供了非常灵活的波特率，从小于100bit/s到大于171.2kbit/s，因此能处理从低速短消息到浏览复杂网站所需的高速传输。GPRS 允许用户在收发数据资料的同时接收电话, 不

37、过GPRS 将要求空中接口和基站分系统两方面作改动。在GPRS 中，终端设备通过串行或无线方式连接到GPRS 蜂窝电话上；GPRS 蜂窝电话与GSM 基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS 分组是从基站发送到GPRS 服务支持节点（SGSN ），而不是通过移动交换中心（MSC ）连接到语音网络上。SGSN 与GPRS 网关支持节点（GGSN ）进行通信；GGSN 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如因特网或X.25网络。来自因特网标识有移动台地址的IP 包，由GGSN 接收，再转发到SGSN ，继而传送到移动台上。SGSN 是GSM 网络结构中的一个节点，它与MSC 处于网络

38、体系的同一层。SGSN 通过帧中继与BTS 相连，是GSM 网络结构与移动台之间的接口。SGSN 的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN 之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN 通过基于IP 协议的GPRS 骨干网连接到SGSN ，是连接GSM 网络和外部分组交换网（如因特网和局域网）的网关。GGSN 主要是起网关作用，也有将GGSN 称为GPRS 路由器。GGSN 可以把GSM 网中的GPRS 分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X 25网络。SGSN 和GGSN 利用GPRS 隧道协议（GTP ）对IP 或X 25分组进行封装

39、，实现二者之间的数据传输。GPRS 不仅能提供PTP （点对点）和PTM （点对多点）数据业务，还能支持补充业务和短消息业务。它采用分组交换技术，在现在GSM 网络上实现高速数据传输，最高数据速率可达171.2kbit/s。这样的数据速率，可以极大地满足日益增长的移动数据业务需求，并可与Internet 有效融合，实现移动internet ，因而有很强的生命力。其优势主要有以下几个方面:资源利用率高。GPRS 引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据

40、都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS 用户的计费以通信的数据量为主要依据，而不是连接时间，体现了“得到多少，支付多少”的原则。实际上，GPRS 用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。传输速率高。GPRS 可提供高达115kbit/s 的传输速率（最高值为171.2kbit/s）。这意味着通过便携式电脑，GPRS 用户能和ISDN 用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。接入时间短。分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提

41、供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务（如信用卡核对、远程监控等）的效率，并可使已有的internet 应用（如Email 、网页浏览等）操作更加便捷、流畅。支持IP 协议和x.25协议。GPRS 支持因特网应用最广泛的IP 协议和x ，25协议。而且由于GSM 网络覆盖面广，使得GPRS 能提供Internet 和其它分组网络系统的全球性无线接入。基于以上的特点，GPRS 系统的采用能克服电路交换型数据传输速率低，资源利用率差等缺点，特别适用于突发性数据的应用。其RS/IP/TCP/UDP协议栈可以满足数据的实时交换，在现有的公用无线通信系统中拥有最大的带宽。与目前流行的短消息相比，在相同数

42、据长度，相同时间间隔下通讯费用是短消息的1/6，甚至更少。车载终端以GPRS 为传输网络，有效地解决了以往短消息传输方式延时大、系统实时性差的问题。GPRS 技术提供的高速传输速率和“永远在线，按流量计费”的优点，使该系统具有良好的适用性、可靠性和可扩展性，而且易于管理与维护。2.2.3 SMSSMS 17, 18(短消息业务 是在第二代移动通信网络基础上开发出来的移动数据业务，它是一种是用手机收发有限长文本消息的通信服务，一条短消息最多可以包含140个字节，大约是70个汉字。短信息有短信中心进行存储转发，其过程一般与语音通话无互相干扰，手机即使在通话过程中仍然可以接收短信，客户可以设置短信的

43、短信中心存储的时限，最长时限是48个小时，超过48个小时短信将被删除。由于短消息发送占用的是信令通道，不占业务信道，在通话的同时仍可接收短消息。短消息以存储转发方式传输，发送时先到短消息中心，然后由短消息中心转发给目标用户。SMS 的主要业务类型有：娱乐类短信业务、教育类短信业务、金融类短信业务、医疗保健和美容类短信业务及新闻类短信业务等。社会上众多企事业单位利用短消息这种成熟便捷的信息渠道，提供内部信息管理和专业客户管理的信息发布。SMS 业务有着应用优势：普适性强。一般的移动网络(如GSM 、CDMA 、TDMA 、PHS 、PDC 等 都支持SMS ，这更使SMS 普适性强，成为一项非常

44、普及的移动数据业务。 SMS 的发送模式不是直接发送给接收方，而是先存储在SMC(短消息中心 ，然后再由SMC 将短消息转发给接收方。如果接收方当时关机或不在服务区内，SMC 就会自动保存该短消息，等到接收方在服务区出现的时候再发送给直对方。对服务提供方来说，不用重复发送。SMS 是一项有保证的双向服务。发送方可以在将短消息发送出去之后得到一条确认通知，返回传递成功或失败的信息以及不可到达的原因。这一优点也为系统的资费结算带来了便捷。2.3 GPS2.3.1 简介GPS 26, 27即全球定位系统（Global Positioning System）是1973年12月美国国防部批准的海陆空三军

45、联合研制的新的卫星导航系统。从1973年以来，GPS 经历方案论证（19741978）、系统论证（19791987）和生产实验（19881993）三个阶段，前后历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。GPS 是以卫星为基础，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS 是美国第二代卫星导航系统31。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由三部分组成，即空间卫星部分（GPS 卫星星座），地面控制部分（地面监控系统），用户设备部分（GPS 信号接收机）。1） 空间卫星部分全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周